發電效率低？太陽能光伏光熱綜合利用看過來

2017-12-18 15:49:26 來源：科學出版社　點擊量：評論 (0)

　太陽能光伏和太陽能光熱是太陽能大規模應用的主要方式，然而到目前為止，太陽能光伏發電依然存在發電效率低、成本高的瓶頸，太陽能光伏光熱綜合利用(PV T)是解決問題的重要途徑，其核心是在太陽能光伏發電的同

　太陽能光伏和太陽能光熱是太陽能大規模應用的主要方式，然而到目前為止，太陽能光伏發電依然存在發電效率低、成本高的瓶頸，太陽能光伏光熱綜合利用(PV/T)是解決問題的重要途徑，其核心是在太陽能光伏發電的同時回收多余熱能并加以利用，這不僅對電池有冷卻作用，可以提高發電效率和壽命，更重要的是實現“一機多能”，大大提高太陽能綜合利用效率，同時降低電熱分別供應的成本。太陽能光伏光熱綜合利用不僅是近年來太陽能研究中最熱門的研究領域之一，而且成為太陽能產業界備受關注的方向。

太陽能光伏光熱綜合利用的概念

太陽能光伏光熱綜合利用技術是將光伏電池與太陽能集熱技術結合起來，在太陽能轉化為電能的同時，由集熱組件中的冷卻介質帶走電池的熱量加以利用，同時產生電、熱兩種能量收益。國際上將太陽能光伏光熱綜合利用技術稱為PV/T技術，該技術能夠提高太陽能的綜合利用效率，且能同時滿足用戶對高品質電力和低品質熱能的需求。

太陽能光伏光熱綜合利用的優點

1)全光譜利用

以硅材料為例，由于半導體禁帶寬度的存在，當太陽輻射投射于太陽能電池表面時，只有能量大于禁帶寬度的光子才能產生電子空穴對，能量小于禁帶寬度的光子將不能對電池的電流作出貢獻。晶硅的禁帶寬度在1.2eV左右，對應太陽輻射的波長為1.1μm左右，而太陽輻射光譜中波長大于1.1μm的能量占太陽輻射總能量的約40%，這也意味著這部分能量將不能產生電子空穴對。太陽能光伏光熱綜合利用技術則可將這部分能量轉換成可利用的熱能，實現太陽輻射光譜的全光譜利用，從而提高太陽能的綜合利用效率。

2)多功能利用

對于絕大多數商用光伏電池，電池溫度升高會引起光伏轉換效率的下降，如果光伏電池吸收的熱量受條件限制不能有效釋放，反而會導致光伏電池溫度升高，引起光伏轉換效率的下降。理論與實驗研究均表明，在較高的環境溫度下，如果不對光伏組件采取冷卻措施，其工作溫度通常會高達60～90℃;而在有介質冷卻的系統中，光伏電池的工作溫度基本上在30～50℃。太陽能光伏光熱綜合利用技術在太陽能轉化為電能的同時，由集熱組件中的冷卻介質帶走電池的熱量，產生電、熱兩種能量收益，從而提高太陽能的綜合利用效率。

3)降低成本

太陽能光伏光熱綜合利用技術將太陽能光伏技術和太陽能光熱技術結合起來，系統共用了玻璃蓋板、框架、支撐構件等，實現了光伏組件和太陽能集熱器的一體化，節省了材料、制作和安裝成本;太陽能光伏光熱綜合利用技術有效控制了光伏電池工作溫度，避免了電池高溫工作，從而提高了光伏電池的運行壽命，也可以說是減少了硅材料的損耗，改善了其經濟性。

4)節約安裝面積

建筑是太陽能應用的最佳載體，但目前我國城市中大都是高層或小高層建筑，建筑圍護結構可接收到陽光的面積是有限的。若采用太陽能光熱技術和太陽能光伏技術兩套系統，往往會存在安裝位置、安裝面積上的矛盾，從而對系統的設計、安裝造成困難。采用太陽能光伏光熱綜合利用技術可以很好地解決這個問題。

5)電/熱輸出靈活配置

太陽能光伏光熱綜合利用技術能夠提供電力、熱水和采暖等多種能量形式，具備太陽能利用的多功能性，從而能夠滿足用戶對不同能量的需求。可綜合考慮投資成本及能量需求，在太陽能光伏光熱綜合利用技術應用中選擇合適的光伏電池覆蓋率，進行電力輸出優先、熱力輸出為輔的組件選擇和系統設計。

6)易于建筑一體化

太陽能光伏光熱綜合利用技術可以方便地實現建筑一體化，光伏熱水-屋頂、光伏熱水-墻、光伏空氣多功能幕墻、光伏-Trombe墻、光伏-熱水窗、光伏-空氣窗等一體化方案不僅利用圍護結構發電供熱，而且大大降低了建筑的空調負荷，獲得了額外的收益。

太陽能光伏光熱綜合利用技術具體應用途徑有如下幾個方面。

1)電力-熱水

太陽能光伏光熱綜合利用技術最常見的應用途徑是太陽能光伏熱水系統，能夠同時提供電力和熱水，可廣泛應用于建筑、工廠、農業等，特別是電力和熱水需求量都較大的場所，如醫院、賓館等，與建筑一體化設計時，有太陽能光伏光熱墻、太陽能光伏光熱屋頂等。此時需要關注管路防凍問題及水路與電路之間的優化設計，避免相互干擾。

2)電力-空氣采暖

太陽能光伏光熱綜合利用技術同時提供電力和采暖熱空氣也有很好的應用前景，太陽能光伏光熱采暖系統針對寒冷地區或者特定用戶、場地的需求，在提供電力的同時，提供熱空氣直接應用于建筑采暖。光伏-空氣集熱器、光伏多功能幕墻、光伏-Trombe墻等可實現發電-空氣采暖，相對而言，此類系統結構比較簡單，可靠性最高，維護成本最低。

3)電力-干燥

傳統干燥行業能耗巨大，污染嚴重，太陽能光伏光熱綜合利用技術針對某些用戶、場地的特定需求，如工業干燥、農副產品干燥、煙草、藥材、食品干燥等，可應用太陽能光伏干燥技術，能夠同時提供電力和熱空氣，相比于電力-空氣采暖，熱空氣的溫度可能要求更高，濕度控制要求更加嚴格。特別是地域偏僻、電力不足地區，可通過系統自身提供的電力獨立運行。

4)電力-熱泵

熱泵系統冬季運行時由蒸發器從低溫環境的空氣中吸熱，導致表面溫度過低而結霜，從而傳熱阻力增加，存在熱泵系統性能下降的問題;而光伏電池發電則是多余的熱能不能夠被利用，導致電池溫度升高，存在效率隨溫度下降的問題。太陽能光伏熱泵系統根據太陽能光伏與熱泵兩個系統的特點，不僅利用太陽能發電，而且將光伏電池發電多余的熱能提供給熱泵系統，提高了蒸發溫度，降低了電池溫度，在提高光伏電力輸出效率的同時，有效地提升了熱泵系統的能效比。

5)電力-通風

針對夏熱冬暖地區的建筑，全年冷負荷較高，且有新風需求，在實現太陽能利用與建筑結合時，系統作為建筑圍護結構的一部分，電池溫度上升不僅降低了電力輸出效率，而且還增加了室內冷負荷。因此，可通過太陽能光伏光熱綜合利用技術與通風技術相結合，如太陽能光伏光熱窗、太陽能光伏通風幕墻等，主要利用熱壓通風原理，光伏電池背面的空氣被加熱后，被熱浮力帶走，在降低光伏電池溫度、提升發電效率的同時，降低室內冷負荷，實現建筑節能。

6)電力-農業需求

太陽能光伏光熱綜合利用技術與農業需求的結合，主要是指太陽能光伏光熱綜合利用技術在農業大棚、珍稀魚類養殖等方面的應用，在光伏發電的同時，提高環境溫度。如太陽能光伏農業大棚，全年利用太陽能產生電力，針對不同作物生長特點，調節大棚溫度。夏季光伏的存在及有效通風，抑制了太陽輻射強度過大導致的溫度過高;冬季有效利用光伏發電產生的多余熱能改善了大棚熱環境。